鄧模

（中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無(wú)錫214126）

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一種計(jì)算石油包裹體氣液比的新方法

鄧模

（中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無(wú)錫214126）

摘要：石油包裹體的氣液比是熱力學(xué)模擬的敏感性參數(shù)，應(yīng)用石油包裹體熱力學(xué)模擬方法可以獲得古油氣充注時(shí)的壓力，通過(guò)石油包裹體二維平面分析和三維形態(tài)重構(gòu)，可以獲取石油包裹體的氣液比。實(shí)例研究證明，在一定的石油包裹體形態(tài)范圍內(nèi)，通過(guò)二維平面分析和三維形態(tài)重構(gòu)獲取的石油包裹體氣液比與共聚焦激光-熒光掃描顯微鏡所測(cè)得的氣液比的相對(duì)誤差可以控制在±10%內(nèi)。在缺少共聚焦激光-熒光掃描顯微鏡條件下，石油包裹體二維平面分析和三維形態(tài)重構(gòu)方法比目估測(cè)量法能更準(zhǔn)確地計(jì)算石油包裹體氣液比，可以滿(mǎn)足石油包裹體捕獲壓力模擬的精度要求。

關(guān)鍵詞：石油包裹體；氣液比；熱力學(xué)模擬；捕獲壓力

流體包裹體是指在礦物結(jié)晶生長(zhǎng)時(shí)，被捕獲在礦物晶格的缺陷或空穴內(nèi)的成礦液體，只要流體包裹體在形成以后未發(fā)生破裂和漏失，它就包含著成礦、成藏流體的原始信息[1]。油氣運(yùn)移過(guò)程中形成的流體包裹體，一般生成于碳酸鹽巖和碎屑巖中的方解石脈、石英脈、石英次生加大邊、石英顆粒裂縫愈合處以及同期形成的螢石、硬石膏等自生礦物中[2-4]，是油氣運(yùn)移聚集過(guò)程的直接標(biāo)志。流體包裹體，特別是其中的石油包裹體，在油氣成因、油氣運(yùn)移以及成藏等研究方面具有不可替代的作用[5-6]。

包裹體氣液比可以表示氣泡的充填度，它不但是包裹體分類(lèi)中的一個(gè)重要參數(shù)，同時(shí)也是包裹體捕獲溫度和捕獲壓力計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[1]，由特定流體體系的溫度、體積和壓力決定[7]。已知石油包裹體的氣液比、化學(xué)組成和均一溫度及其同期鹽水包裹體的均一溫度，就可以進(jìn)行熱力學(xué)模擬，進(jìn)而獲得石油包裹體最小捕獲壓力[8]。因此，石油包裹體的氣液比是熱力學(xué)模擬的一個(gè)重要敏感性參數(shù)，氣液比計(jì)算的準(zhǔn)確性直接影響到捕獲壓力預(yù)測(cè)的精度。較為常用的石油包裹體氣液比研究手段主要有共聚焦激光-熒光掃描顯微鏡測(cè)量法和目估測(cè)量法2種。

共聚焦激光-熒光掃描顯微鏡（CLFSM）以激光作為光源，通過(guò)激光孔及物鏡的聚焦作用，形成一個(gè)光點(diǎn)照射到樣品上，激發(fā)出熒光。共聚焦激光-熒光掃描顯微鏡測(cè)量原理：首先將石油包裹體薄片置于激光掃描共聚焦顯微鏡下，確定石油包裹體的頂、底界后，進(jìn)行深度掃描，得到不同深度的系列切片，然后利用三維重建軟件，對(duì)這些切片進(jìn)行三維圖像重構(gòu)，分別計(jì)算出整個(gè)石油包裹體和氣泡的體積，從而獲得石油包裹體氣液比，其精度可以達(dá)到95%[9-10].雖然共聚焦激光-熒光掃描顯微鏡測(cè)量方法的精度較高，但仍然存在一定局限性，表現(xiàn)在2方面：一是石油包裹體受激光照射時(shí)液體部分會(huì)發(fā)出較強(qiáng)熒光，使得氣泡部分被照亮，造成氣液比測(cè)試結(jié)果偏??；二是由于石油包裹體形態(tài)多不規(guī)則，利用圓臺(tái)體積公式來(lái)計(jì)算氣液體積比時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生一定的系統(tǒng)誤差[9]，使計(jì)算結(jié)果失真。

目估測(cè)量法是目前較為常用的氣液比計(jì)算方法，其原理是在熒光顯微鏡下，通過(guò)目測(cè)二維投影得到石油包裹體中不同相態(tài)的面積，對(duì)比已知各種石油包裹體三維形態(tài)圖的標(biāo)準(zhǔn)氣液比來(lái)綜合確定[11-12]。該方法用目估的面積比代替了體積比，雖然成本低、流程簡(jiǎn)單，但由于目測(cè)過(guò)程中受人為因素影響較大，測(cè)試精度難以滿(mǎn)足較高的要求。

為了在保證測(cè)試精度的前提下降低實(shí)驗(yàn)成本、提高便捷性，本文通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究，結(jié)合計(jì)算機(jī)編程，提出了一種新的石油包裹體氣液比計(jì)算方法，兼顧了共聚焦激光-熒光掃描顯微鏡測(cè)量法和目估測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)。

1　石油包裹體氣液比計(jì)算方法基本原理

捕獲于成巖礦物晶體缺陷和裂紋中的石油包裹體除部分呈負(fù)晶形之外，多數(shù)呈極其不規(guī)則的形態(tài)，石油包裹體大小從一微米以下到數(shù)十微米不等，顯微鏡下的包裹體以二維形態(tài)呈現(xiàn)。在透射光下可利用長(zhǎng)寬比和不規(guī)則度2個(gè)參數(shù)來(lái)表征石油包裹體的二維形態(tài)，并基于2個(gè)假設(shè)，一是認(rèn)為石油包裹體中的氣泡是一個(gè)球體，二是認(rèn)為石油包裹體由n個(gè)高為L(zhǎng)max/n、底面積為πR2/4的圓柱體組成。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行石油包裹體各相態(tài)體積三維重構(gòu)，運(yùn)用CorelDraw軟件進(jìn)行VisualBasic編程，獲取石油包裹體體積，結(jié)合氣泡體積計(jì)算，最終得到石油包裹體的氣液比。

2　石油包裹體體積及氣相體積計(jì)算

2.1石油包裹體體積計(jì)算

（1）二維形態(tài)分析石油包裹體形態(tài)種類(lèi)豐富，其中不規(guī)則形態(tài)占絕大多數(shù)，負(fù)晶形石油包裹體相對(duì)較少，筆者采用長(zhǎng)寬比（Lmax/Lmin）和不規(guī)則度C2/（4πA）參數(shù)來(lái)表征顯微鏡下觀測(cè)到的石油包裹體的二維形態(tài)。其中Lmax與Lmin分別代表將石油包裹體二維形態(tài)沿某一端點(diǎn)旋轉(zhuǎn)90°過(guò)程中測(cè)定的最大水平長(zhǎng)度與最小水平長(zhǎng)度，C和A分別為石油包裹體二維形態(tài)的周長(zhǎng)和面積。圖1中D，E，F(xiàn)代表在顯微鏡下觀測(cè)的石油包裹體二維平面繞左端點(diǎn)旋轉(zhuǎn)不同角度（根據(jù)包裹體Lmax的位置，若Lmax方向垂直x軸，則旋轉(zhuǎn)90°，將包裹體旋轉(zhuǎn)到圖1中F位置）所獲得的石油包裹體形態(tài)，從而來(lái)確定Lmin和Lmax.

Lmax/Lmin和C2/（4πA）這2個(gè)參數(shù)共同決定了石油包裹體形態(tài)，若石油包裹體的形態(tài)為正圓形，則長(zhǎng)寬比（Lmax/Lmin)和不規(guī)則度C2/（4πA）均為1，長(zhǎng)寬比越大，表明石油包裹體的形態(tài)越扁，不規(guī)則度越大，表明石油包裹體棱角越分明。

（2）三維體積重構(gòu)石油包裹體二維平面形態(tài)分析是石油包裹體三維體積重構(gòu)的基礎(chǔ)，圖1中石油包裹體F表示二維形態(tài)分析后得到的石油包裹體二維平面圖。從圖1中看出二維分析后的包裹體形態(tài)并沒(méi)有變化，發(fā)生變化的是石油包裹體二維形態(tài)Lmax與水平面的夾角。在顯微鏡下測(cè)定的原始二維形態(tài)的Lmax與水平面的夾角總是大于或等于0（位置D或位置E），而石油包裹體二維形態(tài)變化后Lmax與水平面的夾角為0（位置F）。石油包裹體二維平面形態(tài)分析完成后就可以通過(guò)假定石油包裹體二維平面與三維形態(tài)之間的某種關(guān)系，進(jìn)而重構(gòu)石油包裹體三維形態(tài)，計(jì)算公式為

在水平x方向上，石油包裹體由垂直于Lmax方向的n個(gè)直徑為R的圓所組成，R表示石油包裹體垂直Lmax方向的寬度（R≤Lmin）（圖1）。當(dāng)n較大時(shí)，可以近似認(rèn)為石油包裹體是由n個(gè)高為L(zhǎng)max/n、底面積為πR2/ 4的圓柱體組成，因此石油包裹體的體積可以通過(guò)（1）式計(jì)算。

2.2氣相體積計(jì)算

石油包裹體中的氣泡可分為規(guī)則和不規(guī)則2類(lèi)[13]，形狀規(guī)則的氣泡主要為球形或近球形，而形狀不規(guī)則的氣泡主要為紡錘形、酒桶形或其他立體形態(tài)。

當(dāng)氣泡較小時(shí)，石油包裹體在各個(gè)方向上的長(zhǎng)度都比氣泡的直徑大，那么就可以認(rèn)為氣泡是個(gè)球體，則可以通過(guò)測(cè)定二維形態(tài)中氣泡直徑，計(jì)算得到氣泡體積；而當(dāng)氣泡較大或石油包裹體形狀極不規(guī)則時(shí)，由于受到石油包裹體壁的影響，氣泡表現(xiàn)出紡錘形、酒桶形或其他的不規(guī)則形態(tài)，氣泡體積的計(jì)算則需要通過(guò)三維重構(gòu)來(lái)進(jìn)行，與石油包裹體體積計(jì)算方法類(lèi)似。

3　計(jì)算實(shí)例及誤差分析

文獻(xiàn)［14］認(rèn)為包裹體熱力學(xué)模擬精度的主要影響因素有包裹體流體成分、包裹體氣液比精度、古地層壓力計(jì)算范圍有限等。因此，只有準(zhǔn)確獲取了石油包裹體的氣液比，才可以較為客觀地進(jìn)行熱力學(xué)模擬，進(jìn)而準(zhǔn)確獲取古地層壓力。

為客觀評(píng)價(jià)本文提出的氣液比計(jì)算方法的精度和可行性，選擇了13種不同的石油包裹體形態(tài)（圖2），開(kāi)展了石油包裹體二維形態(tài)分析、石油包裹體體積計(jì)算、氣泡體積計(jì)算以及氣液比計(jì)算，同時(shí)對(duì)這13種不同形態(tài)的石油包裹體進(jìn)行了CLFSM法氣液比測(cè)定（CLFSM法的計(jì)算結(jié)果可以近似認(rèn)為是真實(shí)的氣液比）。

圖2　石油包裹體二維形態(tài)類(lèi)型示意

表1詳細(xì)列出了13種石油包裹體的形態(tài)參數(shù)（長(zhǎng)寬比和不規(guī)則度）、新方法氣液比計(jì)算結(jié)果、CLFSM法計(jì)算結(jié)果以及2種方法計(jì)算結(jié)果的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。對(duì)比新方法與CLFSM法計(jì)算得到的氣液比后不難發(fā)現(xiàn)，二者絕對(duì)誤差主體控制在±2%內(nèi)（圖3），但是從表1中看到，受石油包裹體形態(tài)影響，二者的相對(duì)誤差分布跨度較大，達(dá)到了±50%，表明本文提出的新方法具有一定的適用條件。

為進(jìn)一步研究新方法的適用性，對(duì)造成新方法相對(duì)誤差較大的原因進(jìn)行了分析（圖4），發(fā)現(xiàn)石油包裹體形態(tài)不規(guī)則是造成相對(duì)誤差較大的主要原因。石油包裹體形態(tài)越不規(guī)則，則棱角化越明顯，所計(jì)算的氣液比相對(duì)誤差越大。計(jì)算的13種石油包裹體的形態(tài)，主要有長(zhǎng)條狀、尖棱狀、次尖棱狀、水滴狀、負(fù)晶型、近規(guī)則狀等6種類(lèi)型，從這6種類(lèi)型石油包裹體的相對(duì)誤差分布上來(lái)看（圖4），水滴狀、尖棱狀（圖2a，圖2l，圖2m）、次尖棱狀以及負(fù)晶形的石油包裹體誤差較大，而近規(guī)則狀（圖2e，圖2g）和大部分長(zhǎng)條狀石油包裹體（圖2f，圖2i，圖2k）相對(duì)誤差則較小，主體在±10%內(nèi)，因此對(duì)于形態(tài)較規(guī)則的石油包裹體，本文介紹的新方法可以較為客觀地計(jì)算出氣液比。

表1　不同形態(tài)石油包裹體氣液比計(jì)算結(jié)果及誤差對(duì)比

圖3　石油包裹體形態(tài)參數(shù)與絕對(duì)誤差分布示意

圖4　不同石油包裹體形態(tài)相對(duì)誤差分布

基于上述2種方法計(jì)算結(jié)果的誤差分析，筆者認(rèn)為在進(jìn)行石油包裹體熱力學(xué)模擬前，應(yīng)選擇形狀較規(guī)則（長(zhǎng)寬比和不規(guī)則度接近1）的石油包裹體氣液比，盡量不要選擇尖棱狀、水滴狀、負(fù)晶形等不規(guī)則形狀石油包裹體氣液比，以避免熱力學(xué)模擬結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。

4　結(jié)論

（1）長(zhǎng)寬比和不規(guī)則度可以有效表征石油包裹體二維形態(tài)，長(zhǎng)寬比越大，表明石油包裹體的形態(tài)越扁；不規(guī)則度越大，表明石油包裹體棱角越分明。

（2）對(duì)于形狀不規(guī)則的水滴狀、尖棱狀以及負(fù)晶形石油包裹體，用本文新方法計(jì)算氣液比相對(duì)誤差較大，但對(duì)于形態(tài)較規(guī)則的石油包裹體則可以獲得較為客觀的、相對(duì)誤差較小的氣液比。相比目估測(cè)量法，新方法更為便捷、實(shí)用。

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（編輯曹元婷）

A New Method for Calculating Ratio of Vapor to Liquid Phase Volume of Oil Inclusions

DENG Mo
(Wuxi Institute of Petroleum Geology,Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Sinopec,Wuxi,Jiangsu 214151,China)

Abstract:Paleopressure can be obtained by oil inclusion thermodynamics modeling,and ratio of vapor to liquid phase volume of oil inclu?sion is a sensitive parameter in this modeling,which can be got by 2D plane analysis and 3D shape reconfiguration of petroleum inclusions. The case study shows that within a certain oil conclusions shape,this ratio obtained by 2D plane analysis and 3D shape reconfiguration has relative error within±10%,compared with the ratio given by confocal laser scanning?fluorescence scanning microscopy(CLFSM).Without CLFSM,the 2D plane analysis and 3D shape reconfiguration method is better than ocular estimation measurement method in calculation of the ratio,and can meet the accurate requirement for trappingpressure modelingof petroleum inclusions.

Keywords:oil inclusion;vapor?liquid ratio;thermodynamics modeling;trappingpressure

作者簡(jiǎn)介：鄧模（1983-），男，貴州遵義人，工程師，石油地質(zhì)，（Tel）13815104906（E-mail）dengmo.syky@sinopec.com

收稿日期：2014-12-05

修訂日期：2015-12-22

文章編號(hào)：1001-3873（2016）02-0236-04

DOI：10.7657/XJPG20160221

中圖分類(lèi)號(hào)：TE124.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A